酒精箱串位原因分析及解決措施

王志強，宋喆慧，惠飛淵

(沈陽飛機工業(集團)有限公司 工藝處，遼寧 沈陽 110034)

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酒精箱串位原因分析及解決措施

王志強，宋喆慧，惠飛淵

(沈陽飛機工業(集團)有限公司 工藝處，遼寧 沈陽 110034)

摘要：某型飛機在航炮實彈空中打靶后，除冰系統中的酒精箱發生了串位現象，影響了飛行安全。為解決這一問題，從制造工藝過程及關鍵零部件的材料性能方面進行了原因分析，并對幾項影響因素制定了換料生產托板零件、加大裝配力矩和增加裝配防滑等解決措施。經航炮實彈地面打靶及空中打靶試驗，證明措施可行。酒精箱串位的直接原因是裝配時對螺栓的擰緊力矩小，使酒精箱裝配不緊；而根本原因是酒精箱下方的托板零件剛度較低，裝配時向下彎曲變形，承受不了較大的裝配力矩。通過將托板零件換料，使托板剛度增大，提高裝配力矩，保證了酒精箱的裝配質量，解決了航炮實彈空中打靶射擊酒精箱串位問題。

關鍵詞：酒精箱；裝配力矩；串位；彎曲強度

飛機在高空飛行時，將遇到比地面溫度低很多的氣候條件，低溫能引起座艙風擋結冰或結霜，影響飛行員的視覺，所以在飛機上都設有除冰系統[1]。某型飛機使用酒精進行除冰，盛裝酒精的酒精箱安裝在前起落架艙門壁板上，此位置處于航炮炮艙區附近。為防止炮艙區振動環境[2]的影響，安裝酒精箱的托板材料選擇具有黏彈性阻尼特點[3]的高聚物尼龍，并且零件被設計成減振結構，便于吸能，減少振動對酒精箱的影響。裝配過程中要求酒精箱的管接頭與艙門壁板間隙≥1 mm，避免對酒精箱產生磨損而帶來安全隱患。

1問題現象

某型飛機在外場航炮實彈空中打靶射擊后，地面檢查發現酒精箱箍帶與酒精箱有2種串位現象：1)酒精箱上的擋板越過箍帶，酒精箱整體沿航向串動；2)酒精箱與箍帶間旋轉約一個刻度。同時，參加航炮實彈空靶訓練的另一種型號飛機也存在同樣現象。上述問題使酒精箱不能可靠定位，易使酒精箱管接頭與前起落架艙門壁板碰撞而損害酒精箱，影響風擋除冰。酒精箱串位現象如圖1所示。

圖1　酒精箱串位示意圖

2原因分析

2.1裝配力矩影響

經查，引起酒精箱串位的直接原因是緊定酒精箱箍帶時對螺栓的裝配力矩小(約1.7 N·m)，造成箍帶裝配不緊。這是因為設計對裝配狀態有要求：在裝配力矩≤3.9 N·m條件下，酒精箱管接頭與前起艙門壁板間隙≥1 mm。由于酒精箱下面的托板零件剛度較低，裝配時向下彎曲變形，在裝配力矩約1.7 N·m時，酒精箱管接頭與前起艙門壁板間隙達到了1 mm，再加大力矩將不能滿足1 mm的要求。所以托板零件剛度不足，酒精箱裝配時箍帶不能裝緊(裝配力矩小)，在航炮實彈空靶射擊振動影響下，引起酒精箱串位現象的發生。托板零件如圖2所示。

圖2　托板零件

2.2材料性能分析

托板零件材料是尼龍610，屬于高聚物。高聚物的黏彈性表現即力學松弛，在其作為結構件，并且長期承受應力的情況下，必然表現出應力松弛，即在應變保持不變的情況下，應力隨時間的增加而逐漸衰減。對于酒精箱裝配系統而言，隨著應力松弛的發生，箍帶與酒精箱間的裝配壓力變小，裝配力矩也將小于初裝配時的約1.7 N·m。在外場使用時，更容易在炮振的影響下引起酒精箱串位現象發生。

3解決措施

3.1托板零件換料

查清了酒精箱串位的原因，就要解決托板零件的剛度差的問題[4]。托板零件材料是尼龍610，屬于線形高聚物，采用注射方法成型，材料性能為彎曲強度≥85 MPa，沖擊強度(缺口)≥ 5 kJ/m2。經對比，MC澆鑄尼龍屬于交聯高聚物，其性能為彎曲強度≥90 MPa，沖擊強度(無缺口)不破損，說明MC澆鑄尼龍比尼龍610彎曲強度高，并且具有更高的韌度。在應力松弛方面，只有交聯高聚物應力松弛不會減到零(因為不會產生分子間滑移)，而線形高聚物的應力松弛理論上可減到零；所以，決定采用MC澆鑄尼龍代替尼龍610生產托板零件，并進行試裝鑒定。

3.1.1加工過程

尼龍610屬于熱塑性塑料，在生產中采用的是注射成型。MC澆鑄尼龍屬于熱固性塑料，與熱塑性塑料成型機理不同，在現有的設備能力條件下不能用注射方法成型，現采購的MC澆鑄尼龍是板料狀態，只能采用機械加工方法生產托板零件。

機械加工工藝流程如下：申請外形樣板→板料帶鋸下料→毛料銑切→按樣板劃線→按線銑切→鉗工修形鉆孔。

由于圖樣是適合注射成型的，曲面多而復雜，并且MC澆鑄尼龍材料韌度大，靠鉗工手工修整很難達到圖樣要求的精度，試裝過程有與酒精箱不貼合的地方，反映不出試裝的真實效果。

在使用XA5032立式銑床加工、鉗工手工修整零件不能滿足使用要求的情況下，改用VMC立式綜合加工中心機(數控銑床)加工的方案。按圖樣數據編寫加工程序，在數控銑床上加工托板零件，生產出符合圖樣的托板零件。

3.1.2試裝結果

將用MC澆鑄尼龍生產的托板零件進行了試裝，裝配力矩為3.9 N·m，酒精箱管接頭與前起艙門壁板間隙達到了≥1 mm，箍帶與酒精箱間裝配緊密。

按上述裝配狀態進行了機上地面航炮射擊試驗，共發射25發，檢查酒精箱未發現沿航向串動現象，但酒精箱與箍帶沿周向有約2 mm轉動。

3.2裝配條件改進及地面炮振試驗

觀察裝配關系，箍帶與酒精箱都是金屬材料，且表面光滑，相互之間摩擦因數小。為增大摩擦力，決定在箍帶上粘接一層1 mm厚的防滑織物，增加箍帶的防滑作用，避免酒精箱轉動。

地面炮振試驗使用振動臺，型號為SAⅠ120-T2000-44-ST(8.9 T)。使用裝機零件，將酒精箱模擬裝機狀態安裝在夾具上，將箍帶螺栓裝配力矩加到3.5 N·m，打好保險。再把裝好試驗件的夾具安裝在試驗臺上，所有緊固螺釘按要求緊固。目視檢查試驗件無機械損傷。振動試驗過程為毎試驗10 s,停止3 min，測試此時箍帶固定螺栓的擰緊力矩，并記錄。該過程進行4次，累積試驗到4.5 min為止，試驗結果見表1。

表1　試驗時間及測試記錄

由表1可以看出，經過第1次10 s振動，力矩由初始值3.5 N·m降低為3.4 N·m，并且達到穩定，說明系統有消除內應力并達到再平衡的過程。試驗結束后檢查酒精箱，未發生結構破壞；試驗過程中，未發現其在固定卡箍內轉動。

3.3機上實彈射擊驗證

改進措施最終應進行機上空中實彈航炮打靶驗證，單架份≥30發。

進行實彈空中打靶射擊試驗之前，首先進行了地面打靶試驗驗證。在某型飛機上換裝了MC澆鑄尼龍生產的托板零件，并在箍帶上粘接一層防滑織物，在酒精箱管接頭與前起艙門壁板間隙≥1 mm的條件下，裝配狀態為航前3.9 N·m、航后3.9 N·m。航炮地面打靶試驗過程為2個單發，3個15發，1個25發。每段靶試后觀察，直至整個靶試結束后觀察，未發現酒精箱有串動及轉動現象。

打靶試驗后，對2個連接箍帶的螺栓裝配扭矩進行測量，裝配力矩為航前3.5 N·m、航后3.5 N·m。在此裝配力矩條件下，進行了實彈空中打靶射擊試驗，共發射150發，飛機打靶后返場檢查，未發現酒精箱有串動及轉動現象。

4結語

通過上述分析，可以得到如下結論。

1)航炮實彈空中打靶射擊酒精箱串位的直接原因是裝配箍帶時對螺栓的擰緊力矩小，只有1.7 N·m，與設計要求的裝配力矩上限3.9 N·m相差較大，使箍帶裝配不緊。

2)擰緊力矩不能加大的根本原因是酒精箱下面的托板零件剛度較低，裝配時向下彎曲變形，在裝配力矩約1.7 N·m時，酒精箱管接頭與前起艙門壁板間隙已接近1 mm，所以力矩無法再加大。

3)通過更換托板零件材料及在箍帶上粘接一層防滑織物，使托板剛度增大，防止酒精箱滑動，通過試驗確定了裝配工藝參數，即裝配力矩應達到3.5～3.9 N·m。經過地靶及空靶實際炮振試驗，酒精箱未發生串動及轉動現象，解決了航炮實彈空中打靶射擊酒精箱串位問題。

參考文獻

[1] 胡鑫.飛機的結冰與防(除)冰[J].科技創新導報,2012(16):73.

[2] 陳忠明，何連珠，黃季墀.阻尼材料在飛機炮振減振上的應用[J].應用力學學報,2001(18):114-117.

[3] 張文璋，龍連春.黏彈性阻尼減振技術及其在梁類結構中的應用[J].現代制造工程,2009(8):113-117.

[4] 梁娟，趙其昌.ZD-100-8g空氣壓縮機振動原因分析與改進措施[J].新技術新工藝,2014(12):139-141.

責任編輯彭光宇

Reason Analysis and Solution Measure of the Alcohol Box Location Transformation

WANG Zhiqiang， SONG Zhehui， HUI Feiyuan

(Shenyang Aircraft Industry(Group)Co., Ltd.， Shenyang 110034， China)

Abstract：The alcohol box of a certain aircraft deicing system is changed after the launch of voyage shot. This phenonmenon can affect flight safety.To solve this problem,the reasons are analyzed from the aspects of manufacturing process and material properties of the key parts. Aiming at the above affecting factors,the solution measures are established. After the verification of voyage shot ball cartridge target on the ground and in the air,the solution measures are proved to be feasible.It is discovered that the tightening torque of bolt is just the direct cause of alcohol box location transformation,and the basic reasons is the low strength of splint under the alcohol box.Substitutions of material of the splint can enlarge the strength of the splint,and the assembly torque is improved. So the assembly quality of the alcohol box is ensured.The problem of the location transformation of alcohol box after the launch of voyage shot ball cartridge in the air is solved.

Key words:alcohol box， assemblage moment， location transformation， bending strength

收稿日期：2015-06-15

作者簡介：王志強(1958-)，男，高級工程師，主要從事非金屬工藝等方面的研究。

中圖分類號：TH 162+1

文獻標志碼:A